(57)【要約】【課題】作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】水素を含有する水素含有燃料ガス５１を利用して発電を行う燃料電池３を備えた燃料電池システム１。燃料電池システム１は、燃料電池３を冷却するための冷却媒体４１を液体状態で循環させる冷媒循環流路４を有している。そして、冷却媒体４１は無機系冷媒である。燃料電池３は、アノード流路３２とカソード流路３３と電解質体３１とを有し、電解質体３１は、水素分離金属層３１１とプロトン伝導体層３１２とを積層してなるものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
該燃料電池システムは、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体を液体状態で循環させる冷媒循環流路を有しており、
かつ、上記冷却媒体は無機系冷媒であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１において、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、該電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有燃料ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過した上記水素を水素プロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層とを積層してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２において、上記無機系冷媒は、上記燃料電池の作動温度域で液体状態にある無機系冷媒であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記無機系冷媒は、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムの少なくとも１種を含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記冷媒循環流路の少なくとも一部あるいは該冷媒循環流路と連通された部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段が設けてあることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体の固形化を防止し、或いは固形化した上記冷却媒体を融解することができるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５又は６において、上記熱交換手段は、気体或いは液体の熱交換用流体を用いて上記冷却媒体との熱交換を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項７において、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と並行して上記熱交換用流体を流通させる熱交換流路を有してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項７又は８において、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と連通され上記冷却媒体を貯蔵するためのタンクにおいて、上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間の熱交換を行うよう構成してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一項において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体と上記熱交換用流体とをそれぞれ内部に流通させて上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間で熱交換させる熱交換ユニットを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか一項において、上記熱交換用流体として、上記熱交換手段とは別の熱交換手段によって温度調整された流体を用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一項において、上記熱交換用流体として、燃焼生成した燃焼ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項７〜１２のいずれか一項において、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記熱交換用流体として、上記カソード流路へ供給する前の上記酸素含有ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項７〜１３のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路へ供給する前の改質器燃焼用ガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１５】
請求項７〜１４のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素を含有する水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路から排出される改質器燃焼オフガスを用いることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１６】
請求項５〜１５のいずれか一項において、上記熱交換手段は、上記冷却媒体を直接加熱するヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１７】
請求項１６において、上記熱交換手段は、電気ヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１６又は１７において、上記熱交換手段は、触媒燃焼ヒータを有してなることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、上記冷媒循環流路を２系統設けてなり、一方の上記冷媒循環流路には上記無機系冷媒を循環させ、他方の上記冷媒循環流路にはガス冷媒を循環させることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムとして、例えば特許文献１あるいは特許文献２に示すものがある。
上記燃料電池には適切な作動温度があるため、上記燃料電池の温度をこの作動温度領域内に保つよう、温度レベル、分布を制御する必要がある。
そのために、上記燃料電池システムにおいては、気体あるいは液体の冷却媒体を流通させて、燃料電池の温度上昇を防ぎ、温度制御を行っている。
【０００３】
一方、燃料電池の作動温度を例えば３００℃以上の所定領域とする場合も考えられる。
このような高温の温度領域を作動温度とする燃料電池としては、例えば特許文献３に示すものがある。この燃料電池においては、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、該水素含有燃料ガスの温度を大幅に冷却させる必要がないなどの利点がある。上記改質器において生成される水素含有燃料ガスは４００℃以上の高温にあるが、上記燃料電池の作動温度もこれと同等の高温であるからである。
【０００４】
しかし、上記のような高温で作動する燃料電池の温度制御に、例えば炭化水素系等の有機系の液体冷媒を用いると、炭化などの問題が生ずるおそれがある。このように、有機系の液体冷媒は、３００℃を超える温度領域においては耐熱性の観点から使用が困難となるおそれがある。
一方、気体の冷却媒体を用いると、熱容量が小さいために、冷却媒体の流量を非常に大きくする必要があると共に、上記冷却媒体を適量使用した場合には燃料電池内を循環する間に温度が大きく上昇してしまうために、燃料電池内において温度分布が発生しやすいという問題がある。これにより、燃料電池の均一な温度制御が困難となる。
【０００５】
燃料電池の内部において温度分布が発生すると、熱応力が発生し、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。
また、燃料電池内における局所的な温度低下は、電解質導電率の低下や水素脆化などの要因となり、また、局所的な温度上昇は、金属拡散による劣化の要因となって燃料電池の耐久性の低下の原因となるおそれがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１５１５９９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２３０１７号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
該燃料電池システムは、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体を液体状態で循環させる冷媒循環流路を有しており、
かつ、上記冷却媒体は無機系冷媒であることを特徴とする燃料電池システムにある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システムにおいては、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、３００℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を３００℃以上の所定領域とする燃料電池を温度制御するための冷却媒体として、充分に機能することができる。
【００１０】
また、上記無機系冷媒は、３００℃以上において液体の状態に保つことができる。それ故、上記冷却媒体を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路に流通させることができるため、燃料電池との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池を通過する間における冷却媒体の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池内部の温度分布の均一化を図ることができる。
【００１１】
以上のごとく、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明（請求項１）において、上記無機系冷媒は、無機物で構成された冷媒であって、例えば、硝酸カリウム（KNO3）と亜硝酸ナトリウム（NaNO2）と硝酸ナトリウム（NaNO3）との混合物からなるものがある。また、その混合比としては、例えば、硝酸カリウム（KNO3）５３重量％、亜硝酸ナトリウム（NaNO2）４０重量％、硝酸ナトリウム（NaNO3）７重量％とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約１４２℃となる。
【００１３】
また、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、該電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有燃料ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過した上記水素を水素プロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層とを積層してなることが好ましい（請求項２）。
【００１４】
この場合には、上記燃料電池を、例えば４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃の高温状態で作動させることができる。
即ち、上記燃料電池は、上記水素分離金属層と上記プロトン伝導体層とを積層してなる電解質体を備えており、セラミックスからなる上記プロトン伝導体層は水分を含浸させずに用いることができるため、上記のような高温状態で作動させることができる。
【００１５】
そのため、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、例えば４００℃以上の高温の水素含有燃料ガスを大幅に冷却させることなく、上記燃料電池に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システムに本発明を適用することにより、燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができ、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。
【００１６】
また、上記無機系冷媒は、上記燃料電池の作動温度域で液体状態にある無機系冷媒であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、例えば３００〜６００℃、４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃という上記の水素分離膜型の燃料電池の作動温度領域において、冷却媒体を液体状態に保つことができるため、上記燃料電池の温度分布制御を効率的に行うことができる。
【００１７】
また、上記無機系冷媒は、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムの少なくとも１種を含むことが好ましい（請求項４）。
この場合には、３００℃以上の高温においても変質することなく液体状態に保つことができる冷却媒体を容易に得ることができる。
【００１８】
また、上記冷媒循環流路の少なくとも一部あるいは該冷媒循環流路と連通された部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段が設けてあることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記冷却媒体の温度制御を行うことができ、冷却媒体の流通を円滑にすると共に、燃料電池の冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
即ち、無機系冷媒からなる上記冷却媒体は、例えば常温まで温度が下がると固形化するという性質を有する。それ故、冷却媒体の円滑な流通を確保するために、冷却媒体の温度低下を防いで固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解して液化する必要がある。
特に、システム停止時には、冷却媒体が温度低下して固形化することがあり、システムの始動時にこの固形化した冷却媒体に融解熱を供給して液化し、冷却媒体の流通を確保する必要がある。
一方、システムの定常作動時においては、上記冷却媒体が燃料電池から受けた熱量を除去して、温度制御性を向上させる必要もある。
【００２０】
そこで、上記のごとく冷却媒体との熱交換を行うための熱交換手段を設ける。これにより、冷却媒体の固形化防止、融解、或いは熱量除去を効率的に行い、冷却媒体の円滑な流通を確保すると共に冷却効率を向上させることができる。
また、冷却媒体の熱量除去の円滑化に伴う冷却効率の向上により、冷却媒体の流通量を少なくすることもできる。これにより、低温の冷却媒体の温度上昇や、固形化した冷却媒体の融解を短時間で行うことができる。
【００２１】
また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体の固形化を防止し、或いは固形化した上記冷却媒体を融解することができるよう構成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上述したごとく、確実に上記冷却媒体を液体状態で円滑に循環させることができる。
【００２２】
また、上記熱交換手段は、気体或いは液体の熱交換用流体を用いて上記冷却媒体との熱交換を行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には、容易に冷却媒体の温度調節を行うことができる。
また、場合によっては、上記冷却媒体との熱交換を行った熱交換用流体を有効利用して、システム内の熱バランスをとることにより、燃料電池システムのシステム効率を向上させることもできる。
【００２３】
また、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と並行して上記熱交換用流体を流通させる熱交換流路を有してなるものであってもよい（請求項８）。
この場合には、燃料電池システムの構成を簡単にすることができると共に、充分な熱交換効率を確保することができる。
上記熱交換手段は、例えば、上記冷媒循環流路を内側に配し、上記熱交換流路を外側に配した二重管を構成することによって実現することもでき、また、その逆の構成によって実現することもできる。また、複数の冷媒循環流路と複数の熱交換流路とを交互に積層してなる積層管によって、上記熱交換手段を構成することもできる。
また、上記熱交換流路は、上記冷媒循環流路の全長にわたって形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。
【００２４】
また、上記熱交換手段は、上記冷媒循環流路と連通され上記冷却媒体を貯蔵するためのタンクにおいて、上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間の熱交換を行うよう構成してあってもよい（請求項９）。
この場合には、冷却媒体をタンクに回収した状態で集中して熱交換を行うことができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、タンクに回収された冷却媒体は、表面積が小さくなるため冷却されにくく、固形化が抑制される。それ故、例えば、システム停止時に冷却媒体をタンクに回収することにより、冷却媒体の固形化を抑制することができる。
また、システムの定常作動時において、冷却媒体をタンクに順次送り込んでタンク内で集中的に温度調整すると共に、温度調整された冷却媒体を順次冷媒循環流路に循環させることもできる。
【００２５】
また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体と上記熱交換用流体とをそれぞれ内部に流通させて上記冷却媒体と上記熱交換用流体との間で熱交換させる熱交換ユニットを有するものであってもよい（請求項１０）。
この場合には、上記熱交換ユニットにおいて、冷却媒体と熱交換用流体とを集中して熱交換させることができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、燃料電池システムの定常作動時においても冷却媒体と熱交換用流体との熱交換を行うことができる。
【００２６】
また、上記熱交換用流体として、上記熱交換手段とは別の熱交換手段によって温度調整された流体を用いることができる（請求項１１）。
この場合には、冷却媒体の温度制御を充分に行うことができる。
上記熱交換用流体の温度調整は、例えばラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより行うことができる。
また、上記熱交換用流体として、温度調整が容易な流体を用いることにより、上記冷却媒体の詳細な温度調整が可能となる。
【００２７】
また、上記熱交換用流体として、燃焼生成した燃焼ガスを用いることができる（請求項１２）。
この場合には、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。また、燃焼生成した上記燃焼ガスは、上記熱交換用流体として用いると共に、燃料電池等、上記燃料電池システムの各要素に供給することもできる。これにより、燃料電池システムの高温部の熱を効率的に回収してシステム内部の他の要素において有効に利用することで、システム外部への放熱ロスを低減でき、システム効率の向上を図ることができる。
【００２８】
また、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有ガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記熱交換用流体として、上記カソード流路へ供給する前の上記酸素含有ガスを用いることができる（請求項１３）。
この場合には、上記冷却媒体の熱を上記熱交換用流体に熱交換することができ、燃料電池の定常作動時における冷却媒体の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池の温度制御を行うことができる。
また、上記酸素含有ガスは、上記冷却媒体との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記酸素含有ガスは、高温の状態で燃料電池のカソード流路へ供給されるため、燃料電池のカソード流路の入口における温度低下を防ぎ、温度分布の不均一化を抑制することができる。
【００２９】
また、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路へ供給する前の改質器燃焼用ガスを用いることができる（請求項１４）。
この場合には、上記冷却媒体の熱を上記熱交換用流体に放出することができ、燃料電池の定常作動時における冷却媒体の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池の温度制御を行うことができる。
また、上記改質器燃焼用ガスは、上記冷却媒体との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記改質器燃焼用ガスは、高温の状態で改質器の加熱流路へ供給される。そのため、改質器においてシステム外部から供給すべき改質器燃焼用ガスへの供給熱量を抑制することができる。
【００３０】
また、上記燃料電池システムは、改質用燃料から水素を含有する水素含有燃料ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路を加熱するための加熱流路とを有する改質器を備えており、上記熱交換用流体として、上記加熱流路から排出される改質器燃焼オフガスを用いることができる（請求項１５）。
この場合には、上記改質器燃焼オフガスの熱量を利用して、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
また、上記改質器燃焼オフガスの熱量をそのままシステム外部へ放出せずに、上記冷却媒体への熱供給用として回収することにより、システム効率の向上を図ることができる。
【００３１】
また、上記熱交換手段は、上記冷却媒体を直接加熱するヒータを有してなるものであってもよい（請求項１６）。
この場合には、上記冷却媒体を直接加熱して、上記冷却媒体の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
【００３２】
また、上記熱交換手段は、電気ヒータを有してなるものとすることができる（請求項１７）。
この場合には、上記冷却媒体を急速に加熱することができる。また、電気ヒータは、加熱制御が容易であるため、上記冷却媒体の温度制御を詳細に行うことができる。
【００３３】
また、上記熱交換手段は、触媒燃焼ヒータを有してなるものとすることができる（請求項１８）。
この場合にも、上記冷却媒体を急速に加熱することができる。また、上記冷却媒体の温度制御を詳細に行うことができる。
【００３４】
また、上記燃料電池システムは、上記冷媒循環流路を２系統設けてなり、一方の上記冷媒循環流路には上記無機系冷媒を循環させ、他方の上記冷媒循環流路にはガス冷媒を循環させることができる（請求項１９）。
この場合には、ガス冷媒によっても補助的に燃料電池の冷却を行うことができるため、冷却効率を向上させることができる。これにより、冷却媒体の流量を少なくすることができ、ひいては、冷却媒体の温度上昇や、固形化した冷却媒体の融解を、容易に行うことができる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる燃料電池システムにつき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の燃料電池システム１は、水素を含有する水素含有燃料ガス５１を利用して発電を行う燃料電池３を備えている。
燃料電池システム１は、上記燃料電池３を冷却するための冷却媒体４１を液体状態で循環させる冷媒循環流路４を有している。
そして、上記冷却媒体４１は無機系冷媒である。
【００３６】
上記無機系冷媒としては、硝酸カリウム（KNO3）と亜硝酸ナトリウム（NaNO2）と硝酸ナトリウム（NaNO3）との混合物からなるものを用いる。また、その混合比としては、硝酸カリウム（KNO3）５３重量％、亜硝酸ナトリウム（NaNO2）４０重量％、硝酸ナトリウム（NaNO3）７重量％とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約１４２℃となる。
【００３７】
なお、本例では、無機系冷媒として、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムを用いたが、上記冷却媒体４１に使用できる無機系冷媒は、これらに限定されず、水素分離膜型燃料電池の作動温度（例えば３００〜６００℃）で液体状態にある無機物であればよい。
【００３８】
上記燃料電池３は、図１、図２に示すごとく、上記水素含有燃料ガス５１が供給されるアノード流路３２と、酸素を含有する酸素含有ガス５２が供給されるカソード流路３３と、該カソード流路３３と上記アノード流路３２との間に配設された電解質体３１とを有している。該電解質体３１は、上記アノード流路３２に供給された水素含有燃料ガス５１中の水素を透過させるための水素分離金属層３１１と、該水素分離金属層３１１を透過した水素を水素プロトンの状態にして透過させてカソード流路３３に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層３１２とを積層してなる。
【００３９】
上記水素分離金属層３１１は、パラジウム（Ｐｄ）とバナジウム（Ｖ）との積層金属からなる。なお、水素分離金属層３１１は、パラジウムのみでもよく、これを含有する合金とすることもできる。また、水素分離金属層３１１は、３気圧のアノードガス供給条件下において、電流密度に換算して１０Ａ／ｃｍ2を超える水素透過性能（水素分離性能）を有している。こうして、水素分離金属層３１１の導電抵抗は無視できる程度に小さくしている。
また、上記プロトン伝導体層３１２は、セラミックスとしてのペロブスカイト型酸化物からなる。そして、プロトン伝導体層３１２の導電抵抗は、固体高分子型電解質膜の導電抵抗と同じくらいになるまで小さくしている。また、ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、ＢａＣｅＯ3系のもの、ＳｒＣｅＯ3系のものがある。
【００４０】
また、図２に示すごとく、上記電解質体３１は、上記プロトン伝導体層３１２における上記アノード流路３２の側の表面に形成したアノード電極３２１（陽極）と、上記プロトン伝導体層３１２における上記カソード流路３３の側の表面に形成したカソード電極３３１（陰極）とを有している。また、アノード電極３２１とカソード電極３３１との間には、上記燃料電池３から電力を取り出すための電池出力線３６が接続されている。
【００４１】
また、上記プロトン伝導体層３１２におけるアノード電極３２１は、上記水素分離金属層３１１を構成するパラジウムにより構成している。また、上記プロトン伝導体層３１２におけるカソード電極３３１は、Ｐｔ系の電極触媒により構成している。なお、アノード電極３２１も、Ｐｔ系の電極触媒により構成することもできる。
上記燃料電池３の作動温度は４００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃であり、この温度範囲に燃料電池３の温度を保つように、図１に示すごとく、冷却媒体４１を冷媒循環流路４に流通させている。
【００４２】
また、図１に示すごとく、上記燃料電池システム１は、改質用燃料５０から水素含有燃料ガス５１を生成する改質反応流路２１と、該改質反応流路２１を加熱するための加熱流路２２とを有する改質器２を備えている。
また、上記加熱流路２２においては、改質器燃焼用ガス５４を供給してこれを燃焼させることにより、改質反応流路２１を加熱する。
上記改質用燃料５０としては、炭化水素燃料を用いる。また、上記改質器燃焼用ガス５４としては、改質原料の炭化水素燃料を用いる。また、これに代えて、或いはこれと共に、未使用Ｈ2、加熱ＣＯ、ＣＨ4などを含むアノードオフガス５１１を加熱流路２２に供給し、燃焼させることもできる。
【００４３】
また、上記冷媒循環流路４には、上記冷却媒体４１との熱交換を行うための熱交換手段６が設けてある。該熱交換手段６は、気体或いは液体の熱交換用流体６１を用いて上記冷却媒体４１との熱交換を行う。
上記熱交換用流体６１は、上記冷媒循環流路４と並行して配設された熱交換流路６０を流通する。
【００４４】
上記熱交換手段６は、図３に示すごとく、上記冷媒循環流路４を外側に配し、上記熱交換流路６０を内側に配した二重管を構成することによって実現することができる。また、その逆の構成によって実現することもできる。
また、図４に示すごとく、複数の冷媒循環流路４と複数の熱交換流路６０とを交互に積層してなる積層管によって、上記熱交換手段６を構成することもできる。
なお、図３、図４においては、冷媒循環流路４内の冷却媒体４１が固形化した状態を描いている。
【００４５】
また、上記熱交換流路６０は、図１に示すごとく、上記冷媒循環流路４の全長にわたって形成されている。ただし、熱交換流路６０は、冷媒循環流路４の一部に形成することもできる。
上記熱交換用流体６１として用いる流体については、以下の実施例２〜６において具体的に示す。
【００４６】
また、図１に示すごとく、上記改質器２と燃料電池３との間には、燃料ガス用熱交換器１１が配設されており、改質器２において生成した水素含有燃料ガス５１の温度を調整して、燃料電池３に送り込むよう構成されている。また、上記燃料ガス用熱交換器１１においては、燃料電池３のカソード流路３３から排出されたカソードオフガス５２１との間で熱交換させることにより、上記水素含有燃料ガス５１の温度を調整する。
【００４７】
図１に示すごとく、上記燃料ガス用熱交換器１１を通過して高温の状態となっているカソードオフガス５２１は、改質器２の改質反応流路２１に導かれる。これにより、燃料電池３における反応に使用されなかったカソードオフガス５２１中の残存酸素とガス顕熱により輸送される熱を、改質反応流路２１において有効に利用することができる。
【００４８】
また、燃料電池３のアノード流路３２から排出された高温のアノードオフガス５１１は、改質器２の加熱流路２２に導かれる。これにより、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１を透過しなかったアノードオフガス５１１中の残存水素とガス顕熱により輸送される熱を、加熱流路２２において有効に利用することができる。
また、上記改質器２の加熱流路２２から排出された改質器燃焼オフガス５４１は、燃料電池システム１の外部に排出される。
なお、図１は燃料電池システム１の模式図であり、冷媒循環流路４や熱交換流路６０等の流路に設けられた、各種ポンプ、各種バルブ、各種弁、その他の要素については記載を省略してある。
【００４９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システム１においては、上記燃料電池３を冷却するための冷却媒体４１として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、３００℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を３００℃以上の所定領域（本例の場合は４００〜６００℃）とする燃料電池３を温度制御するための冷却媒体４１として、充分に機能することができる。
【００５０】
また、上記無機系冷媒は、３００℃以上において液体の状態に保つことができる。即ち、本例の無機系冷媒の融点は約１４２℃であり、３００℃以上においては液体状態である。
それ故、上記冷却媒体４１（無機系冷媒）を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路４に流通させることができるため、燃料電池３との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池３を通過する間における冷却媒体４１の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池３内部の温度分布の均一化を図ることができる。
【００５１】
また、上記燃料電池３は、図２に示すごとく、上記水素分離金属層３１１と上記プロトン伝導体層３１２とを積層してなる電解質体３１を有する燃料電池である。
そのため、上記燃料電池３を、４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃の高温状態で作動させることができる。即ち、上記燃料電池３は、上記水素分離金属層３１１と上記プロトン伝導体層３１２とを積層してなる電解質体３１１を備えており、セラミックスからなる上記プロトン伝導体層３１２は水分を含浸させずに用いることができるため、上記のような高温状態で作動させることができる。
【００５２】
そのため、改質器２を用いて炭化水素（改質用燃料５０）を改質して生成された、４００〜６００℃という高温の水素含有燃料ガス５１を大幅に冷却させることなく、上記燃料電池３に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システム１に本発明を適用することにより、燃料電池３の温度制御を効率的に行い、内部温度分布の均一化を図ることができ、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。
【００５３】
また、特にこのような燃料電池３においては、温度分布が内部に生ずると、熱応力の発生による耐久性の低下の要因となるが、上記のごとく温度分布の均一化を図ることにより、燃料電池３の耐久性を向上させることができる。また、この均一温度場の実現により、燃料電池３内における水素脆化や金属拡散等の不具合も防止することができる。
【００５４】
また、図１に示すごとく、上記冷媒循環流路４には、上記熱交換手段６を設けてあるため、上記冷却媒体４１の温度制御を行うことができ、冷却媒体４１の流通を円滑にすると共に、燃料電池３の冷却効率を向上させることができる。
即ち、無機系冷媒からなる上記冷却媒体４１は、その融点が約１４２℃であるため、例えば常温まで温度が下がると固形化するという性質を有する。それ故、冷却媒体４１の円滑な流通を確保するために、冷却媒体４１の温度低下を防いで固形化を防いだり、固形化した冷却媒体４１（図３、図４参照）を融解して液化する必要がある。
【００５５】
特に、システム停止時には、冷却媒体４１が温度低下して固形化することがあり、システムの始動時にこの固形化した冷却媒体４１（図３、図４参照）に融解熱を供給して液化し、冷却媒体４１の流通を確保する必要がある。
一方、システムの定常作動時においては、上記冷却媒体４１が燃料電池３から受けた熱量を除去して、温度制御性を向上させる必要もある。
【００５６】
そこで、上記のごとく冷却媒体４１との熱交換を行うための熱交換手段６を設ける。これにより、冷却媒体４１の固形化防止、融解、或いは熱量除去を効率的に行い、冷却媒体４１の円滑な流通を確保すると共に冷却効率を向上させることができる。
また、冷却媒体４１の熱量除去の円滑化に伴う冷却効率の向上により、冷却媒体４１の流通量を少なくすることもできる。これにより、低温の冷却媒体４１の温度上昇や、固形化した冷却媒体４１（図３、図４参照）の融解を短時間で行うことができる。
【００５７】
また、上記熱交換手段６は、気体或いは液体の熱交換用流体６１を用いて上記冷却媒体４１との熱交換を行うため、容易に冷却媒体４１の温度調節を行うことができる。
また、場合によっては、上記冷却媒体４１との熱交換を行った熱交換用流体６１を有効利用して、システム内の熱バランスをとることで、燃料電池システム１のシステム効率を向上させることもできる。
【００５８】
また、上記熱交換手段６は、上記冷媒循環流路４と並行して熱交換用流体６１を流通させる熱交換流路６０を有してなるため、燃料電池システム１の構成を簡単にすることができると共に、充分な熱交換効率を確保することができる。
即ち、図３に示すような二重管や、図４に示すような積層管によって、上記熱交換手段６を構成することにより、燃料電池システム１の構成を簡単にすると共に、熱交換効率を向上させることができる。
また、上記熱交換流路６０は、上記冷媒循環流路４の全長にわたって形成されているため、充分な伝熱面積を確保でき、充分な熱交換効率を得ることができる。また、冷媒循環流路４の経路中のいずれの部位において冷却媒体４１が固形化しても、これを容易に融解して液化することができる。
【００５９】
以上のごとく、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度分布制御を効率的に行うことができる燃料電池システムを提供することができる。
【００６０】
（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、熱交換用流体６１として、燃料電池３のカソード流路３３へ供給する前の酸素含有ガス５２を用いた燃料電池システム１の例である。
即ち、熱交換流路６０に、上記酸素含有ガス５２を熱交換用流体６１として流通させる。そして、酸素含有ガス５２は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、燃料電池３のカソード流路３３に供給される。
その他は、実施例１と同様である。
【００６１】
この場合には、上記冷却媒体４１の熱を上記熱交換用流体６１に放出することができ、燃料電池３の定常作動時における冷却媒体４１の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池３の温度制御を行うことができる。
また、上記酸素含有ガス５２は、上記冷却媒体４１との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記酸素含有ガス５２は、高温の状態で燃料電池３のカソード流路３３へ供給されるため、燃料電池３における温度分布の不均一化を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６２】
（実施例３）
本例は、図６に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２へ供給する前の改質器燃焼用ガス５４を用いた燃料電池システム１の例である。
即ち、熱交換流路６０に、上記改質器燃焼用ガス５４を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス５４は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、改質器２の加熱流路２２に供給される。
その他は、実施例１と同様である。
【００６３】
この場合には、上記冷却媒体４１の熱を上記熱交換用流体６１に放出することができ、燃料電池３の定常作動時における冷却媒体４１の温度上昇を防ぐことができる。これにより、燃料電池３の温度制御を行うことができる。
また、上記改質器燃焼用ガス５４は、上記冷却媒体４１との熱交換によって熱量を受けて温度上昇する。それ故、上記改質器燃焼用ガス５４は、高温の状態で改質器２の加熱流路２２へ供給される。そのため、このガス顕熱により輸送される熱を有効利用することで、改質器２においてシステム外部から供給すべき改質器燃焼用ガス５４への供給熱量を抑制することができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００６４】
（実施例４）
本例は、図７に示すごとく、熱交換用流体６１として、熱交換手段６とは別の熱交換手段１２によって温度調整された流体を用いた燃料電池システム１の例である。
上記熱交換用流体６１の温度調整は、例えばラジエータ等の放熱器（熱交換手段１２）によって外部空気と熱交換させることにより行うことができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００６５】
この場合には、冷却媒体４１の温度制御を充分に行うことができる。
また、上記熱交換用流体６１として、温度調整が容易な流体を用いることにより、上記冷却媒体４１の詳細な温度調整が可能となる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６６】
（実施例５）
本例は、図８に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２から排出される改質器燃焼オフガス５４１を用いた燃料電池システム１の例である。
即ち、熱交換流路６０に、上記改質器燃焼オフガス５４１を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス５４１は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に燃料電池システム１の外部に排出される。
その他は、実施例１と同様である。
【００６７】
この場合には、上記改質器燃焼オフガス５４１の熱量を利用して、上記冷却媒体４１の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体４１を融解、液化することができる。
また、上記改質器燃焼オフガス５４１の熱量をそのままシステム外部へ放出せずに、上記冷却媒体４１への熱供給用として回収することにより、システム効率の向上を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００６８】
（実施例６）
本例は、図９〜図１２に示すごとく、熱交換用流体６１として、燃焼生成した燃焼ガス５５を用いた燃料電池システム１の例である。
上記燃焼ガス５５は、未使用のＨ2と可燃性のＣＯ、ＣＨ4を含むアノードオフガスを燃焼することにより燃焼生成することができる。
【００６９】
例えば、図１０に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、熱交換用流体６１として熱交換流路６０に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体４１と熱交換した後の燃焼ガス５５は、改質器２の加熱流路２２に導入することができる。
【００７０】
また、図１１に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、更に改質器２の加熱流路２２を通過させ、その後、熱交換用流体６１として熱交換流路６０に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体４１と熱交換した後の燃焼ガス５５は、燃料電池システム１の外部に排出する。
【００７１】
また、図１２に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１を通過させた後、燃料ガス用熱交換器１１を通す代わりに熱交換流路６０を通して、燃料電池３のアノード流路３２に導入するよう構成してもよい。その後、上記燃焼ガス５５は改質器２の加熱流路２２に導入される。
その他は、実施例１と同様である。
【００７２】
本例の場合には、上記冷却媒体４１の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体４１（図３、図４参照）を融解、液化することができる。
また、上述のごとく、燃焼生成した上記燃焼ガス５５は、上記熱交換用流体６１として用いると共に、燃料電池３や改質器２等、上記燃料電池システム１の各要素に供給することもできる。これにより、燃料電池システム１の高温部の熱を効率的に回収し、システム内部の他の要素において有効に利用することで、システム外部への放熱ロスを低減することができ、システム効率の向上を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００７３】
（実施例７）
本例は、図１３〜図２０に示すごとく、冷媒循環流路４と連通され冷却媒体４１を貯蔵するためのタンク１４において、冷却媒体４１と熱交換用流体６１との間の熱交換を行うよう、熱交換手段６を構成した燃料電池システム１の例である。
本例の燃料電池システム１においては、システム停止時においては、ポンプによる吸引や、冷媒循環流路４へのガス圧送等により、冷却媒体４１を全て上記タンク１４に回収する。また、システム起動時に、ポンプやコンプレッサ、エジェクタ等を用いて、タンク１４内の冷却媒体４１を冷媒循環流路４に送り込む。
【００７４】
また、システムの定常作動時には、タンク１４と冷媒循環流路４との間のバルブを閉じて、冷却媒体４１を上記冷媒循環流路４において循環させてもよいし、タンク１４にも冷却媒体４１を循環させ、タンク１４内において冷却媒体４１を温度調整しつつ冷媒循環流路４に送り込むこともできる。
そして、タンク１４内に配した流路に熱交換用流体６１を流通させることにより、冷却媒体４１との熱交換を行う。この流路はタンク１４の周囲に配してもよい。
【００７５】
上記タンク１４における冷却媒体４１と熱交換用流体６１との間の熱交換は、以下に示すごとく種々の方法によって行うことができる。
例えば、図１３に示すごとく、上記熱交換用流体６１として、燃料電池３のカソード流路３３へ供給する前の酸素含有ガス５２を用いることができる。この場合、酸素含有ガス５２をタンク１４内の流路に導入し、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、上記カソード流路３３に供給する。
この構成においては、システムの定常作動時において、冷却媒体４１をタンク１４に順次送り込んでタンク１４内で集中的に温度調整すると共に、温度調整された冷却媒体４１を順次冷媒循環流路４に循環させる。
【００７６】
また、図１４に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２へ供給する前の改質器燃焼用ガス５４を用いることもできる。即ち、タンク１４内の流路に、上記改質器燃焼用ガス５４を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス５４は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、改質器２の加熱流路２２に供給される。
この構成においても、システムの定常作動時において、冷却媒体４１をタンク１４内で集中的に温度調整しつつ、順次冷媒循環流路４に循環させる。
【００７７】
また、図１５に示すごとく、熱交換用流体６１として、熱交換手段６とは別の熱交換手段１２によって温度調整された流体を用いることもできる。即ち、ラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより温度調整した流体をタンク１４内の流路に送る。
この構成においても、システムの定常作動時において、冷却媒体４１をタンク１４内で集中的に温度調整しつつ、順次冷媒循環流路４に循環させる。
【００７８】
また、図１６に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２から排出される改質器燃焼オフガス５４１を用いることもできる。即ち、タンク１４内の流路に、上記改質器燃焼オフガス５４１を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス５４１は、タンク１４内の冷却媒体４１との熱交換を行った後に燃料電池システム１の外部に排出される。
この構成においては、システム停止時に、冷却媒体４１を全て上記タンク１４に回収して、システム始動時に、冷却媒体４１をタンク１４内で集中的に昇温して冷媒循環流路４に送り込む。
【００７９】
また、図１７〜図２０に示すごとく、熱交換用流体６１として、燃焼生成した燃焼ガス５５を用いることもできる。即ち、上記実施例６（図９〜図１２）に準ずる構成である。
この構成においても、システム停止時に、冷却媒体４１を全て上記タンク１４に回収して、システム始動時に、冷却媒体４１をタンク１４内で集中的に昇温して冷媒循環流路４に送り込む。
【００８０】
具体的には、例えば、図１８に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、熱交換用流体６１としてタンク１４内の流路に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体４１と熱交換した後の燃焼ガス５５は、燃料電池システム１の外部に排出する。
【００８１】
また、図１９に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、更に改質器２の加熱流路２２を通過させ、その後、熱交換用流体６１としてタンク１４内の流路に導入するよう構成してもよい。
【００８２】
また、図２０に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１を通過させた後、燃料ガス用熱交換器１１を通す代わりにタンク１４内の流路を通して、燃料電池３のアノード流路３２に導入するよう構成してもよい。その後、燃焼ガス５５を改質器２の加熱流路２２に導入する。
その他は、実施例１と同様である。
【００８３】
本例の場合には、冷却媒体４１をタンク１４に回収した状態で集中して熱交換を行うことができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、タンク１４に回収された冷却媒体４１は、表面積が小さくなるため冷却されにくく、固形化が抑制される。それ故、例えば、システム停止時に冷却媒体４１をタンク１４に回収することにより、冷却媒体４１の固形化を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。また、本例において示した種々の構成の燃料電池システム１においては、それぞれに対応した実施例２〜６と同様の作用効果を有する。
【００８４】
（実施例８）
本例は、図２１〜図２８に示すごとく、冷却媒体４１と熱交換用流体６１とをそれぞれ内部に流通させて冷却媒体４１と熱交換用流体６１との間で熱交換させる熱交換ユニット６２によって、熱交換手段６を構成した燃料電池システム１の例である。
即ち、冷媒循環流路４の一部に熱交換ユニット６２を組み込む。
上記熱交換ユニット６２としては、例えば、プレートフィン型熱交換器や、フィンアンドチューブ型熱交換器などがある。
【００８５】
上記熱交換ユニット６２における冷却媒体４１と熱交換用流体６１との間の熱交換は、以下に示すごとく種々の方法によって行うことができる。
例えば、図２１に示すごとく、上記熱交換用流体６１として、燃料電池３のカソード流路３３へ供給する前の酸素含有ガス５２を用いることができる。この場合、酸素含有ガス５２を熱交換ユニット６２に導入し、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、上記カソード流路３３に供給する。
【００８６】
また、図２２に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２へ供給する前の改質器燃焼用ガス５４を用いることもできる。即ち、熱交換ユニット６２に、上記改質器燃焼用ガス５４を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス５４は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、改質器２の加熱流路２２に供給される。
【００８７】
また、図２３に示すごとく、熱交換用流体６１として、熱交換手段６とは別の熱交換手段１２によって温度調整された流体を用いることもできる。即ち、ラジエータ等の放熱器によって外部空気と熱交換させることにより温度調整した流体を熱交換ユニット６２に送る。
【００８８】
また、図２４に示すごとく、熱交換用流体６１として、改質器２の加熱流路２２から排出される改質器燃焼オフガス５４１を用いることもできる。即ち、熱交換ユニット６２に、上記改質器燃焼オフガス５４１を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼オフガス５４１は、タンク１４内の冷却媒体４１との熱交換を行った後に燃料電池システム１の外部に排出される。
【００８９】
また、図２５〜図２８に示すごとく、熱交換用流体６１として、燃焼生成した燃焼ガス５５を用いることもできる。即ち、上記実施例６（図９〜図１２）に準ずる構成である。
具体的には、例えば、図２６に示すごとく、システム起動時における燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、熱交換用流体６１として熱交換ユニット６２に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体４１と熱交換した後の燃焼ガス５５は、更に、改質器２の加熱流路２２に導入することができる。
【００９０】
また、図２７に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、更に改質器２の加熱流路２２を通過させ、その後、熱交換用流体６１として熱交換ユニット６２に導入するよう構成してもよい。
【００９１】
また、図２８に示すごとく、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１を通過させた後、燃料ガス用熱交換器１１を通す代わりに熱交換ユニット６２を通して、燃料電池３のアノード流路３２に導入するよう構成してもよい。その後、燃焼ガス５５を改質器２の加熱流路２２に導入する。
その他は、実施例１と同様である。
【００９２】
本例の場合には、上記熱交換ユニット６２において、冷却媒体４１と熱交換用流体６１とを集中して熱交換させることができるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
また、燃料電池システム１の定常作動時においても冷却媒体４１と熱交換用流体６１との熱交換を行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。また、本例において示した種々の構成の燃料電池システム１においては、それぞれに対応した実施例２〜６と同様の作用効果を有する。
【００９３】
（実施例９）
本例は、図２９に示すごとく、熱交換手段６として、冷却媒体４１を直接加熱するヒータ６３を有してなる、燃料電池システム１の例である。
上記ヒータ６３としては、電気ヒータ又は触媒燃焼ヒータを用いる。
また、電気ヒータを用いる場合には、例えば、冷媒循環流路４の周囲に、シースヒータや金属抵抗式膜状ヒータ等を巻き付けることによって配設することができる。
【００９４】
また、触媒燃焼ヒータを用いる場合には、例えば、冷媒循環流路４の配管の外周面に、Ｐｔ系、Ｐｄ系、Ｒｕ系等の触媒を塗布して、気化した炭化水素やバッファに保存した水素を供給することにより触媒燃焼させ、発熱させる。
その他は、実施例１と同様である。
【００９５】
本例の場合には、上記冷却媒体４１を直接加熱して、上記冷却媒体４１の温度低下を防ぎ固形化を防いだり、固形化した冷却媒体を融解、液化することができる。
また、電気ヒータや触媒燃焼ヒータを用いることにより、上記冷却媒体４１を急速に加熱することができる。また、加熱制御が容易であるため、上記冷却媒体４１の温度制御を詳細に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００９６】
（実施例１０）
本例は、図３０、図３１に示すごとく、冷媒循環流路４ａ、４ｂを２系統設けてなり、一方の冷媒循環流路４ａには無機系冷媒４１ａを循環させ、他方の冷媒循環流路４ｂにはガス冷媒４１ｂを循環させた燃料電池システム１の例である。
具体的には、図３０に示すごとく、上記２つの冷媒循環流路４ａ、４ｂを燃料電池３に通すと共に、熱交換ユニット４２にも通す。また、この燃料電池システム１にはタンク１４も配設されており、タンク１４内において、無機系冷媒４１ａとガス冷媒４１ｂとの熱交換を行うことができるよう構成されている。これにより、タンク１４において固形化した無機系冷媒４１ａを、高温のガス冷媒４１ｂによって融解させることもできる。
なお、上記ガス冷媒４１ｂとしては、アノード流路３２から排出されたアノードオフガス５１１を用いる。また、図示は省略したが、ガス冷媒４１ｂとして、カソード流路３３から排出されるカソードオフガスを用いる構成とすることもできる。
【００９７】
また、図３１に示すごとく、改質器２の加熱流路２２に供給する前の改質器燃焼用ガス５４を、燃料電池３におけるガス冷媒４１ｂとして用いることもできる。これにより、該ガス冷媒４１ｂによって、燃料電池３の冷却を補助的に行いつつ、燃料電池３から熱量を受けたガス冷媒４１ｂとしての改質器燃焼用ガス５４を、高温の状態で改質器２の加熱流路２２に供給することができる。
その他は、実施例１と同様である。
【００９８】
本例の場合には、ガス冷媒４１ｂによっても補助的に燃料電池３の冷却を行うことができるため、冷却能力を向上させることができる。これにより、無機系冷媒４１ａの流量を少なくすることができ、ひいては、無機系冷媒４１ａの温度上昇や、固形化した無機系冷媒４１ａ（図３、図４参照）の融解を、容易に行うことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施例１における、燃料電池システムの模式図。
【図２】実施例１における、燃料電池の説明図。
【図３】実施例１における、熱交換手段としての二重管の断面図。
【図４】実施例１における、熱交換手段としての積層管の断面図。
【図５】実施例２における、燃料電池システムの模式図。
【図６】実施例３における、燃料電池システムの模式図。
【図７】実施例４における、燃料電池システムの模式図。
【図８】実施例５における、燃料電池システムの模式図。
【図９】実施例６における、第１の燃料電池システムの模式図。
【図１０】実施例６における、第２の燃料電池システムの模式図。
【図１１】実施例６における、第３の燃料電池システムの模式図。
【図１２】実施例６における、第４の燃料電池システムの模式図。
【図１３】実施例７における、第１の燃料電池システムの模式図。
【図１４】実施例７における、第２の燃料電池システムの模式図。
【図１５】実施例７における、第３の燃料電池システムの模式図。
【図１６】実施例７における、第４の燃料電池システムの模式図。
【図１７】実施例７における、第５の燃料電池システムの模式図。
【図１８】実施例７における、第６の燃料電池システムの模式図。
【図１９】実施例７における、第７の燃料電池システムの模式図。
【図２０】実施例７における、第８の燃料電池システムの模式図。
【図２１】実施例８における、第１の燃料電池システムの模式図。
【図２２】実施例８における、第２の燃料電池システムの模式図。
【図２３】実施例８における、第３の燃料電池システムの模式図。
【図２４】実施例８における、第４の燃料電池システムの模式図。
【図２５】実施例８における、第５の燃料電池システムの模式図。
【図２６】実施例８における、第６の燃料電池システムの模式図。
【図２７】実施例８における、第７の燃料電池システムの模式図。
【図２８】実施例８における、第８の燃料電池システムの模式図。
【図２９】実施例９における、燃料電池システムの模式図。
【図３０】実施例１０における、燃料電池システムの模式図。
【図３１】実施例１０における、他の燃料電池システムの模式図。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池システム
１４  タンク
２  改質器
２１  改質反応流路
２２  加熱流路
３  燃料電池
３１  電解質体
３１１  水素分離金属層
３１２  プロトン伝導体層
３２  アノード流路
３３  カソード流路
４  冷媒循環流路
４１  冷却媒体
５１  水素含有燃料ガス
６  熱交換手段
６０熱交換流路
６１  熱交換用流体
６２  熱交換ユニット
【図１】
2005353467.tif 000003
【図２】
2005353467.tif 000004
【図３】
2005353467.tif 000005
【図４】
2005353467.tif 000006
【図５】
2005353467.tif 000007
【図６】
2005353467.tif 000008
【図７】
2005353467.tif 000009
【図８】
2005353467.tif 000010
【図９】
2005353467.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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